Desenvolvimento de um modelo semi-lagrangeano para simular a dispersão de poluentes na atmosfera

Abstract

Resumo: No presente trabalho é apresentado um modelo bidimensional para simular a dispersão de poluentes na atmosfera, baseado na solução numérica da equação da difusão-advecção utilizando-se um esquema Semi-Lagrangeano de três níveis de tempo para a discretização do termo advectivo. É investigado o problema da dispersão de poluentes em condições atmosféricas estáveis e instáveis, através da realização de simulações com diferentes formulações para a difusividade turbulenta vertical. A validação do modelo é realizada por meio da comparação dos valores de concentração previstos pelo modelo com os observados em quatro experimentos de campo, o experimento de Copenhagen, o experimento de Cabauw, o experimento de Hanford e o experimento de Prairie Grass. Também é realizada uma comparação com os resultados obtidos a partir de outros modelos de dispersão. Além disso, é feita uma análise de sensibidade das simulações com relação à variação dos parâmetros meteorológicos de entrada utilizados no modelo. A análise estatística mostra que o modelo simula os dados experimentais de forma satisfatória e apresenta resultados semelhantes aos obtidos por outros autores usando o modelos disponíveis na literatura. Palavras-chave: dispersão atmosférica, método Semi-Lagrangeano, solução numérica, equação da advecção-difusão, camada limite atmosférica.

Abstract: A two-dimensional Semi-Lagrangian numerical model to simulate pollutant dispersion in the atmospheric boundary layer on flat terrain is presented and tested. The model is based on the numerical solution of the advection-diffusion equation using a three-time-level Semi-Lagrangian scheme for the discretization of the advection term. The problem of pollutant dispersion in stable and unstable atmospheric conditions is investigated using two different parameterizations for the vertical turbulent diffusion coefficient. The performance of the model is discussed from the confrontation of the concentration values observed in the dispersion experiments of Copenhagen, Cabauw, Hanford e Prairie Grass with the ones simulated by the model. Furthermore, is held an sensibility analysis with respect of the variation of meteorological parameters of input used in the model. The statistical analysis shows that the model simulates the experimental data in a satisfactory way and presents results similar to the ones obtained by other authors using the models available in the literature. Keywords: atmospheric dispersion, Semi-Lagrangian method, numerical solution, advection-diffusion equation, atmospheric boundary layer.